自动化传感器实验三 差动变压器性能、零残及补偿、标定实验

实训项目：差动变压器的性能实验实训目的：了解差动变压器的工作原理和特性。

基本原理：差动变压器由一只初级线圈和两只次级线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。

当差动变压器随着被测体移动时差动变压器的铁芯也随着轴向位移，从而使初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化，促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级线圈感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级线圈反向串接（同名端连接），就引出差动电势输出。

其输出电势反映出被测体的移动量。

实训器材：主机箱、差动变压器、差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器。

实训步骤：1．将差动变压器和测微头(参照附：测微头使用)安装在实验模板的支架座上，差动变压器的原理图已印刷在实验模板上，L1为初级线圈；L2、L3为次级线圈；＊号为同名端，如图十一所示。

图十一差动变压器特性试验连接示意图2．按图十一接线，差动变压器的原边Ｌ１的激励电压必须从主机箱中音频振荡器的Lv端子引入，检查接线无误后合上总电源开关，调节音频振荡器的频率为4 KHz～5KHz（可用主机箱的频率表输入Fin来监测）；调节输出幅度峰峰值为Vp-p＝2V（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div）。

3．松开测微头的安装紧固螺钉，移动测微头的安装套使示波器第二通道显示的波形Vp-p 为较小值(变压器铁芯大约处在中间位置)，拧紧紧固螺钉，仔细调节测微头的微分筒使示波器第二通道显示的波形Vp-p为最小值(零点残余电压)并定为位移的相对零点。

这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，另一个方向位移为负，从Vp-p最小开始旋动测微头的微分筒，每隔2mm(可取10—25点)从示波器上读出输出电压Vp-p值，填入表7，再将测微头退回到Vp-p最小处开始反方向做相同的位移实验。

在实验过程中应注意：⑴从Vp-p 最小处决定位移方向后，测微头只能按所定方向调节位移，中途不允许回调，否则，由于测。

传感器实验报告陈晓东 12061302实验三 差动变压器性能、零残及补偿、标定实验一、 差动变压器性能实验目的：了解差动变压器的原理及工作情况。

实验准备：预习实验仪器和设备：音频振荡器、测微头、双踪示波器、差动式电感。

实验原理：交流电通过偶合的线圈产生感应电势。

实验注意事项：旋钮初始位置是，音频振荡器4KHz ～6 KHz 左右，幅度适中，双踪示波器第一通道灵敏度500mV/cm ，第二通道灵敏度10mV ／cm 。

其它还须注意的事项有： （1）差动变压器的激励源必须从音频振荡器的电源输出插口（LV 插口）输出。

（2）差动变压器的两个次级线圈必须接成差动形式，即，两个同名端短接，另两个同名端则构成输出。

（3）差动变压器与激励信号的连线应尽量短一些，以避免引入干扰。

实验内容：（1） 按图5接线，音频振荡器必须从LV 接出，LV 、GND 接差动式电感的Li ，2个L0构成差 动输出。

图 5 差动变压器接线方式（2）调整音频振荡器幅度旋钮，观察第一通道示波器，使音频LV 信号输入到初级线圈的电 压为VPP ＝2伏。

（3）调整测微头，使衔铁处于中间位置M （此时输出信号最小），记下此时测微头的刻度 值填入下表（4）旋动测微头，从示波器第二通道上读出次级差动输出电压的峰一峰值填入下表：*如果第二通道的信号实在太弱，可先接差放再行观察。

读数过程中应注意初、次级波形的相位关系：当铁芯从上至下过零位时,相位由 同 （同、反）相变为 反 （同、反）相；再由下至上过零位时，相位由反相变为同相；（5）仔细调节测微头使次级的差动输出电压为最小，必要时应将通道二的灵敏度打到最高档，这个最小电压叫做零点残余电压，可以看出它的基波与输入电压的相位差约为 90度。

(6) 根据所得结果，画出（Vop-p一X）曲线，指出线性工作范围，求出灵敏度：76.50mV/mm，更一般地，由于灵敏度还与激励电压有关，因此：19.125mV/mm二、差动变压器零点残余电压的补偿实验目的：了解零点残余电压的补偿及其方法。

实验三-差动变压器的性能实验1：差动变压器位移测量实验一、实验目的了解差动变压器的工作原理和特性二、实验原理差动变压器由一个初级线圈和二个次线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。

当差动变压器随着被测体移动时差动变压器的铁芯也随着轴向位移，从而使初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动电势输出。

其输出电势反映出被测体的移动量。

三、实验器械主机箱、差动变压器、差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器。

四、实验电路以及接线图五、实验数据及处理X为差动变压器衔铁在线圈中移动的距离，X>0为衔铁正向移动，X<0为衔铁反向移动V p-p为次级输出电压，初级输入电压为Vi=3V,f=4.5kHz的正弦波。

由数据和图像可得零点残余电压为80mV。

实验数据如下：数据拟合如下：左侧红线为衔铁反向移动，右侧蓝线为衔铁正向移动。

横轴为衔铁的位移量，单位为mm。

纵轴为次级线圈输出电压值，单位为mV。

正向移动拟合直线方程为y=457.03x+45.143反向移动拟合直线方程为y=-460x+47灵敏度和非线性误差分析：X=+1mm时，灵敏度为500.00(V/m)，非线性误差为0.125%X=-1mm时，灵敏度为500.00(V/m)，非线性误差为0.933%X=+3mm时，灵敏度为466.66(V/m)，非线性误差为0.402%X=-3mm时，灵敏度为473.33(V/m)，非线性误差为0.402%六、思考题差动式变压器和一般电源变压器的异同？相同点：两种变压器均采用电磁感应原理作为工作原理，变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。

它可以变换交流电压、电流和阻抗。

不同点：差动变压器是将非电量的位移变化变换成线圈的互感变化，它本身是一种互感式变压器。

传感实验总结传感器技术与应用这门课虽只历时八周，但这却是第一次理论与实践结合能同步的专业课。

实验室去了两次，也做了很久，然自己想法甚多，多么渴望能多做些实验让自己所学的理论知识活起来。

这次试验主要做了四个实验：差动变压器的位移特性、电容式传感器的位移特性、电涡流传感器的位移特性、光纤传感器的位移特性。

下面分别说明：一．差动变压器的性能实验１.实验目的：了解差动变压器的工作原理及特性。

２. 基本原理：差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段和三段式，本实验是三段式结构。

当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈（做为差动变压器激励用，相当于变压器原边）和次级线圈（由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器副边）之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动输出。

其输出电势反映出被测体的移动量。

３. 需用器件与单元：差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器、差动变压器、音频信号源、直流电源（音频振荡器）、电压表。

４.实验步骤：１）根据图1－1，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。

图1－1 差动变压器电容传感器安装示意图２）在模块上按图1－２接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的Lv端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为4－5KHz（可用主控箱的频率表输入Fin来监测）。

调节输出幅度为峰－峰值Vp-p＝2V（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div）。

图中1、2、3、4、5、6为连接线插座的编号。

接线时，航空插头上的号码与之对应。

当然不看插孔号码，也可以判别初次级线圈及次级同名端。

判别初次线图及次级线圈同中端方法如下：设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名端,按图1—2接线。

当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅度值变化很大，基本上能过零点，而且相应与初级线圈波形（Lv音频信号Vp-p＝2ｖ波形）比较能同相或反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别直到正确为止。

差动变压器传感器实验报告差动变压器传感器实验报告引言差动变压器传感器是一种常用的电气设备，用于测量电流和电压的差异。

本实验报告旨在介绍差动变压器传感器的原理、实验过程和结果分析。

一、原理介绍差动变压器传感器是一种基于电磁感应原理的设备。

它由两个互相绕制的线圈组成，分别称为主绕组和次绕组。

主绕组通常与电源连接，次绕组则与负载连接。

当主绕组中通过电流时，产生的磁场会通过铁芯传导到次绕组中，从而在次绕组中感应出电动势。

通过测量次绕组中的电压差异，我们可以间接测量主绕组中的电流。

二、实验过程1. 实验准备在进行实验前，我们需要准备以下材料和设备：- 差动变压器传感器- 直流电源- 电流表- 电压表- 负载电阻2. 连接电路将直流电源连接到差动变压器传感器的主绕组上，同时将负载电阻连接到次绕组上。

接下来，将电流表连接到主绕组上，将电压表连接到次绕组上。

3. 实验操作逐步增加直流电源的电压，并记录主绕组和次绕组的电流和电压值。

在每次调整电压后，等待电路稳定后进行测量。

4. 数据记录与分析将实验中测得的数据记录下来，并进行分析。

比较主绕组和次绕组的电流和电压值，观察它们之间的差异。

三、结果分析根据实验数据，我们可以得出以下结论：1. 当主绕组中通过电流时，次绕组中也会感应出电动势。

这是因为主绕组中的磁场通过铁芯传导到次绕组中，从而产生电磁感应现象。

2. 主绕组中的电流和次绕组中的电流不完全相等，存在一定的差异。

这是由于电流在传输过程中会受到电阻、电感等因素的影响。

3. 通过测量次绕组中的电压差异，我们可以推算出主绕组中的电流差异。

这为我们提供了一种间接测量主绕组电流的方法。

四、实验误差与改进在本次实验中，可能存在以下误差：1. 电路中的电阻、电感等元件可能会引入一定的误差。

为了减小误差，可以选择更精确的电子元件。

2. 实验过程中，可能会有温度变化等因素对测量结果产生影响。

为了减小这些影响，可以在实验过程中控制环境温度。

实验三电磁式传感器（一）差动变压器的性能实验一、实验目的：了解差动变压器的工作原理和特性。

二、基本原理：差动变压器同一只初级线圈和二只次级线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。

当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接(同名端连接)，就引出差动输出。

其输出电势反映出被测体的移动量。

三、需用器件与单元：差动变压器实验模板、测微头、双线示波器、差动变压器、电感式传感器、音频信号源(音频振荡器)、直流电源、万用表。

四、实验步骤：1、根据图3-1，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。

图3-1 差动变压器电容传感器安装示意图2、在模块上近图3-2接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的L v端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为4～5KHz(可用主控箱的数显表的频率档Fin输入来监测)。

调节幅度使输出幅度为峰一峰值 V p-p=2V(可用示波器监测：X轴为0.25ms/div、Y轴CH1为1V/div、CH2为20mv/div)。

判别初次级线圈及次级线圈同名端方法如下：设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名端，按图3-2接线。

当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅值变化很大，基本上能过零点，而且相位与初级圈波形(L v音频信号V p-p=2V波形)比较能同相和反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别直到正确为止。

图中(1)、(2)、(3)、(4)为模块中的实验插孔。

3、旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰一峰值V p-p 为最小。

这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，则另一方向移为负。

从V p-p 最小开始旋动测微头，每隔0.2mm 从示波器上读出输出电压V p-p 值填入下表(3-1)。

《传感器与检测技术》差动变压器性能及标定实验报告课程名称：传感器与检测技术实验类型：验证型实验项目名称：差动变压器性能及标定一、实验目的：1、了解差动变压器原理及工作情况。

2、了解差动变压器测量系统的组成和标定方法。

二、基本原理：差动变压器的工作原理是电磁互感原理。

差动变压器结构图如图2-1 所示，由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。

初级线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边，差动变压器初、次级绕组间的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移改变而变化，由于把二个次级绕组反向串接（同名端相接）,以差动电势输出，所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称差动变压器。

从上述工作原理可知，当差动变压器的衔铁连接杆与被测体接触连接时就能检测到物体的位移变化。

二、需用器件与单元：音频振荡器、测微头、主、副电源、差动变压器、振动平台、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、测微头、电桥、电压/频率表、双踪示波器。

四、实验步骤：性能实验：1、根据图 2-4 接线，将差动变压器、音频振荡器（必须从 L V 输出）、双踪示分别接至差动变压器的输入和输出端，调节差动变压器原边线圈音频振荡器激励信号峰-峰值为 2V，音频振荡器频率输出调节到 4KHz~8KHz 之间，双踪示波器第一通道灵敏度 500mv/div，第二通道灵敏度 10mv/div，触发选择打到第一通道。

2、用手提压变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改变两个次级线圈的串接端。

3、转动测微头使测微头与振动平台吸合，再向上转动测微头，使振动平台往上位移 5mm 并记录初始波形峰-峰值。

4、向下旋转测微头，使振动平台产生位移。

每位移 0.2mm，用示波器读出差动变压器输出端峰-峰值填入下表 2-1。

根据所得的数据计算灵敏度 S。

实验一 差动变压器的性能实验一、实验目的：通过差动变压器实验模板来了解差动变压器的工作原理和特性。

二、基本原理：电感式传感器的基本原理是电磁感应。

在电感式传感器中，互感式传感器是把被测量的变化转换为变压器的互感变化。

变压器初级线圈输入交流电压，次级线圈则互感应出电势。

由于变压器的次级线圈常接成差动形式，故又称为差动变压器式传感器。

差动变压器由一只初级线圈和两只次级线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。

当差动变压器随着被测体移动时差动变压器的铁芯也随着轴向位移，从而使初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化，促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级线圈感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级线圈反向串接（同名端连接。

），就引出差动电势输出。

其输出电势反映出被测体的移动量。

****同名端：定义一：在同一磁通变量作用下，产生同极性感应电势的端子，为同名端。

定义二：主线圈在某一个瞬间电位为正时，付线圈也一定在同一个瞬间有一个电位为正的对应端，这时我们把这两个对应端叫做该设备线圈的同极性端，或者叫同名端。

同名端大多用在电流互感器及电压互感器上，对变压器称谓同名端的情况很少；因为变压器有多种接线组别，当一、二次绕组接线组别不一致时，可能没有同名端。

图1 差动变压器原理图在理想情况下(忽略线圈寄生电容及衔铁损耗)，差动变压器的等效电路如图。

初级线圈的复数电流值为111L j R U I i ω+= ， ω—激励电压的角频率； 1U —激励电压的复数值； 根据电磁感应定律，次级绕组中感应电势的表达式为111I M j U ω-= 122I M j U ω-=()112121L j r U M M j U U U i O ωω+--=-=当铁芯位于线圈中心位置时1200U U ,U ==当铁芯向上移动时>12U U ,| |>00U当铁芯向下移动时<12U U ,| |<00U当铁芯偏离中心位置时，则输出电压随铁芯偏离中心位置程度，逐渐增大，但相位相差180度，但实际上，铁芯位于中心位置，输出电压并不是零电位而是存在零点残余电压，如图2所示。

差动变压器零点残余电压补偿实验了解差动变压器零点残余电压补偿方法。

由于零点残余电压的存在会造成差动变压器零点附近的不灵敏区，如此电压经过放大器还会使放大器趋向饱和，影响电路正常工作，因此必须采用适当的方法进行补偿抵消。

音频振荡器、测量微头、差动变压器、差动变压器实验模板、示波器。

由于差动变压器二只次级线圈的等效参数不对称，初级线圈的纵向排列的不均匀性，二次级的不均匀、不一致，铁芯b－h特性的非线性等，因此在铁芯处于差动线圈中间位置时其输出电压并不为零。

称其为零点残余电压。

五、实验注意事项1、音频振荡器的信号必须从lv输出端输出。

2、特别注意传感器引线的三相：红线接1号端子；黑线接2号端子；蓝线接3号端子；绿线接4号端子；黄线接5、6号端子。

1、按图11－1接线，音频信号源从lv插口输出，实验模板r1、c1、rw1、rw2为电桥单元中调平衡网络。

图11－1零点残存电压补偿电路2、利用示波器调整音频振荡器lv输出频率为4－5khz，峰－峰值为2v正弦波。

3、调整测量微头，并使差动放大器输入电压最轻。

4、依次调整rw1、rw2，使输出电压降至最小。

5、将第二地下通道的灵敏度提升，观测零点残存电压的波形，特别注意与鞭策电压相比较。

6、从示波器上观察，差动变压器的零点残余电压值（峰－峰值）。

（注：这时的零点残余电压经放大后的零点残余电压＝v零点p-p／k，k为放大倍数）。

在实验报告中核对《实验报告十一》，详尽记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并融合原始记录进一步认知实验原理。

八、实验思考题1、通过实验现象观测零点残存电压主要涵盖什么波形成分？答：主要包含两种波形成分。

1．基波分量。

这就是由于差动变压器二个次级绕组因材料或工艺差异导致等效电路参数（m、l、r）相同，线圈中的铜损电阻及导磁材料的铁损，线圈中线间电容的存有，都使鞭策电流与所产生的磁通相同二者。

2．高次谐波。

主要就是由导磁材料磁化曲线非线性引发，由于电导损耗和铁磁饱和状态的影响，并使鞭策电流与磁通波形不一致，产生了为正弦波（主要就是三次谐波）磁通，从而在二次绕组中感应器出高正弦波的电动势。